JP6737150B2 - Wavelength conversion element, light source device, and projector - Google Patents
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Description
本発明は、波長変換素子、光源装置及びプロジェクターに関するものである。 The present invention relates to a wavelength conversion element, a light source device, and a projector.
特許文献1には、励起光を放射する励起光源と、励起光を集光する光学系と、集光され
た励起光が入射してこれにより励起されて蛍光を放射する蛍光体と、蛍光体が形成された
ガラス基板を備えた光源装置が開示されている。この構成では、ガラス基板の一面側に蛍
光体が形成され、当該ガラス基板の一面(励起光入射)側に、ヒートシンクからなる冷却
機構が設けられており、蛍光体を効率良く冷却することができる。このような特許文献1
の光源装置では、冷却機構の励起光入射側(ガラス基板の一面側)に冷却フィンが形成さ
れていることから、励起光入射側に透光性部材を設けることはできない。
Patent Document 1 discloses an excitation light source that emits excitation light, an optical system that collects the excitation light, a phosphor that emits fluorescence by being excited by the excitation light that has been collected, and a phosphor. There is disclosed a light source device including a glass substrate on which is formed. In this configuration, the phosphor is formed on one surface side of the glass substrate, and the cooling mechanism including the heat sink is provided on the one surface (excitation light incidence) side of the glass substrate, so that the phosphor can be efficiently cooled. .. Patent Document 1
In the above light source device, since the cooling fin is formed on the excitation light incident side (one surface side of the glass substrate) of the cooling mechanism, the translucent member cannot be provided on the excitation light incident side.
波長変換層の励起光入射側に熱伝導率の高い透光性部材、または放熱性の良い透光性部
材(例えば、サファイアなど)を設ける場合において、波長変換層の光入射面に透光性部
材を接合するために用いられる接着材としては、界面反射を抑えるために、屈折率が1.
76(透光性部材の屈折率)〜1.83(波長変換層の屈折率)の間で、透明性と高い耐
熱性が要求される。しかしながら、このような条件を満たす接着材は存在しない。
When a translucent member having a high thermal conductivity or a translucent member having a good heat dissipation property (for example, sapphire) is provided on the excitation light incident side of the wavelength conversion layer, the light incident surface of the wavelength conversion layer is translucent. The adhesive used for joining the members has a refractive index of 1. to suppress interfacial reflection.
Between 76 (refractive index of translucent member) and 1.83 (refractive index of wavelength conversion layer), transparency and high heat resistance are required. However, there is no adhesive that satisfies such conditions.
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み成されたものであって、波長変換層の光入射面
側に透光性部材を良好に設けることができるとともに、界面反射を抑制し、放熱性を向上
させ、波長変換効率の低下を抑制することのできる、波長変換素子、光源装置及びプロジ
ェクターを提供することを目的の一つとしている。
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and it is possible to favorably provide a translucent member on the light incident surface side of the wavelength conversion layer, suppress interface reflection, and dissipate heat. It is an object of the present invention to provide a wavelength conversion element, a light source device, and a projector that can improve the wavelength conversion efficiency and suppress a decrease in wavelength conversion efficiency.
本発明の一態様における波長変換素子は、励起光が入射する光入射面と、前記光入射面
に対向する光射出面と、前記光入射面の端部と前記光射出面の端部とを接続する接続面と
、を有する波長変換層と、前記波長変換層を支持するとともに前記接続面に接触して設け
られる支持部材と、前記励起光の進行方向と反対方向に突出する曲面を有し、前記波長変
換層の前記光入射面に対向して設けられ、前記支持部材に接合部材を介して接合される透
光性部材と、を有する冷却手段と、を備え、前記波長変換層の前記光入射面と前記透光性
部材との間には空気層が設けられ、前記空気層は前記接合部材の厚さよりも薄い構成とな
っている。
The wavelength conversion element in one aspect of the present invention includes a light incident surface on which excitation light is incident, a light emitting surface facing the light incident surface, an end portion of the light incident surface, and an end portion of the light emitting surface. A wavelength conversion layer having a connection surface for connection, a support member supporting the wavelength conversion layer and provided in contact with the connection surface, and a curved surface projecting in a direction opposite to the traveling direction of the excitation light. A cooling member having a translucent member that is provided so as to face the light incident surface of the wavelength conversion layer and that is joined to the support member via a joining member. An air layer is provided between the light incident surface and the translucent member, and the air layer is thinner than the thickness of the joining member.
本発明によれば、波長変換層と透光性部材の間に設けられた空気層によって、透光性を
有しつつ、界面反射が抑制されるとともに、波長変換層の放熱性を高めることができる。
また、空気層は、耐熱性について考慮する必要がない。これにより、波長変換層の波長変
換効率が低下することを抑制することができる。
According to the present invention, the air layer provided between the wavelength conversion layer and the light transmissive member can suppress the interfacial reflection while having the light transmissive property and enhance the heat dissipation of the wavelength conversion layer. it can.
Further, the air layer does not need to take heat resistance into consideration. This can prevent the wavelength conversion efficiency of the wavelength conversion layer from decreasing.
本発明の一態様における波長変換素子において、前記支持部材は、前記透光性部材に対
向するとともに前記透光性部材に接合されない非接合部を有し、前記非接合部に前記波長
変換層が配置されている構成としてもよい。
In the wavelength conversion element according to one aspect of the present invention, the support member has a non-bonding portion that is opposed to the transparent member and is not bonded to the transparent member, and the wavelength conversion layer is provided in the non-bonding portion. It may be arranged.
本発明によれば、波長変換層が支持部材を介して透光性部材に取り付けられた状態とな
り、透光性部材と波長変換層との間に空気層を形成することができる。
According to the present invention, the wavelength conversion layer is attached to the translucent member via the support member, and an air layer can be formed between the translucent member and the wavelength conversion layer.
本発明の一態様における波長変換素子において、前記支持部材は、前記透光性部材に接
合される接合面を有し、前記波長変換層の前記光入射面が、前記接合面よりも前記励起光
の進行方向と反対方向に突出することにより、前記接合面と前記光入射面との間に段部が
形成されている構成としてもよい。
In the wavelength conversion element according to one aspect of the present invention, the support member has a bonding surface that is bonded to the translucent member, and the light incident surface of the wavelength conversion layer is the excitation light rather than the bonding surface. By projecting in a direction opposite to the advancing direction, the stepped portion may be formed between the joining surface and the light incident surface.
本発明によれば、波長変換層の光入射面を透光性部材により近づけることができる。空
気層の厚さは薄ければ薄いほど、熱の伝搬性が高まるので、波長変換層の熱が空気層を介
して透光性部材へと伝わり、放熱させることができる。
According to the present invention, the light incident surface of the wavelength conversion layer can be brought closer to the translucent member. The thinner the air layer, the higher the heat transfer property, so that the heat of the wavelength conversion layer can be transmitted to the translucent member through the air layer and can be dissipated.
本発明の一態様における波長変換素子において、前記透光性部材がサファイアを含むと
ともに、前記曲面は半球形状を呈している構成としてもよい。
In the wavelength conversion element according to one aspect of the present invention, the translucent member may include sapphire, and the curved surface may have a hemispherical shape.
本発明によれば、熱伝導率の高いサファイアからなる透光性部材を備えることにより、
波長変換層において生じた熱を透光性部材において効果的に放熱させることができる。
According to the present invention, by providing the translucent member made of sapphire having high thermal conductivity,
The heat generated in the wavelength conversion layer can be effectively dissipated in the translucent member.
本発明の一態様における波長変換素子において、前記接合部材には、前記空気層と外部
空間とを連通させる通気口が設けられている構成としてもよい。
In the wavelength conversion element according to one aspect of the present invention, the joint member may be provided with a vent hole that allows the air layer and the external space to communicate with each other.
本発明によれば、波長変換層の発熱によって空気層が膨張した場合であっても、通気口
を介して空気を外部へ逃がすことができ、透光性部材と支持部材との間の剥離等を防ぐこ
とができる。
According to the present invention, even when the air layer expands due to the heat generation of the wavelength conversion layer, the air can escape to the outside through the ventilation hole, and the separation between the translucent member and the support member, etc. Can be prevented.
本発明の一態様における光源装置は、上記の波長変換素子と、前記励起光を射出する励
起光源と、を備える。
A light source device according to one aspect of the present invention includes the wavelength conversion element described above and an excitation light source that emits the excitation light.
本発明によれば、界面反射を抑えつつ放熱性の高い波長変換素子を備えているので、波
長変換効率の高い光源装置が実現できる。
According to the present invention, since the wavelength conversion element having a high heat dissipation property while suppressing the interface reflection is provided, a light source device having a high wavelength conversion efficiency can be realized.
本発明の一態様におけるプロジェクターは、上記の光源装置と、前記光源装置から射出
された光を画像情報に応じて変調して画像光を生成する光変調装置と、前記画像光を投射
する投射光学系と、を備える。
A projector according to an aspect of the present invention includes a light source device described above, a light modulation device that modulates light emitted from the light source device according to image information to generate image light, and projection optics that projects the image light. And a system.
本発明によれば、波長変換効率に優れた光源装置を備えたプロジェクターとなり、信頼
性の高いものとなる。
According to the present invention, the projector is provided with the light source device having excellent wavelength conversion efficiency, and has high reliability.
以下、本発明の実施形態について、各図を参照して詳細に説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる
部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであると
は限らない。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
Note that, in the drawings used in the following description, in order to make the features easy to understand, there may be a case where features are enlarged for convenience, and it is not always the case that the dimensional ratios of the respective components are the same as the actual ones. Absent.
[第1実施形態]
(プロジェクター)
本実施形態のプロジェクターは、光変調装置として3つの透過型液晶ライトバルブを用
いたプロジェクターの一例である。なお、光変調装置として、反射型液晶ライドバルブを
用いることもできる。また、光変調装置として、マイクロミラーを用いたデバイス、例え
ば、DMD(Digital Micromirror Device)等を利用したものなど、液晶以外の光変調装
置を用いてもよい。
図1は、本実施形態のプロジェクターを示す概略構成図である。
[First Embodiment]
(projector)
The projector according to the present embodiment is an example of a projector that uses three transmissive liquid crystal light valves as a light modulator. A reflective liquid crystal ride valve may be used as the light modulator. Further, as the light modulation device, a light modulation device other than liquid crystal, such as a device using a micromirror, for example, a device using a DMD (Digital Micromirror Device) or the like, may be used.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing the projector of the present embodiment.
図1に示すように、プロジェクター1は、光源装置2Aと、色分離光学系3と、光変調
装置4R,光変調装置4G,光変調装置4Bと、光合成光学系5と、投射光学系6と、を
備えている。光源装置2Aは、照明光WLを射出する。色分離光学系3は、光源装置2A
からの照明光WLを赤色光LR、緑色光LG、青色光LBに分離する。光変調装置4R,
光変調装置4G,光変調装置4Bはそれぞれ、赤色光LR、緑色光LG、青色光LBを画
像情報に応じて変調し、各色の画像光を形成する。光合成光学系5は、各光変調装置4R
,4G,4Bからの各色の画像光を合成する。投射光学系6は、光合成光学系5からの合
成された画像光をスクリーンSCRに向かって投射する。
As shown in FIG. 1, the projector 1 includes a
The illumination light WL from is separated into red light LR, green light LG, and blue light LB.
The
, 4G, and 4B, the image lights of the respective colors are combined. The projection
図2に示すように、光源装置2Aは、半導体レーザーから射出された青色の励起光Bの
うち、波長変換されずに射出される青色の励起光Bの一部と、波長変換素子30による励
起光の波長変換によって生じる黄色の蛍光光Yと、が合成された白色の照明光(白色光)
WLを射出する。光源装置2Aは、略均一な照度分布を有するように調整された照明光W
Lを色分離光学系3に向けて射出する。光源装置2Aの具体的な構成については後述する
。
As shown in FIG. 2, in the
Inject WL. The
L is emitted toward the color separation
図1に示すように、色分離光学系3は、第1のダイクロイックミラー7aと、第2のダ
イクロイックミラー7bと、第1の反射ミラー8aと、第2の反射ミラー8bと、第3の
反射ミラー8cと、第1のリレーレンズ9aと、第2のリレーレンズ9bと、を備えてい
る。
As shown in FIG. 1, the color separation
第1のダイクロイックミラー7aは、光源装置2Aから射出された照明光WLを、赤色
光LRと、緑色光LGと青色光LBとが混合された光と、に分離する。そのため、第1の
ダイクロイックミラー7aは、赤色光LRを透過するとともに、緑色光LGおよび青色光
LBを反射する特性を有する。第2のダイクロイックミラー7bは、緑色光LGと青色光
LBとが混合された光を緑色光LGと青色光LBとに分離する。そのため、第2のダイク
ロイックミラー7bは、緑色光LGを反射するとともに、青色光LBを透過する特性を有
する。
The first
第1の反射ミラー8aは、赤色光LRの光路中に配置され、第1のダイクロイックミラ
ー7aを透過した赤色光LRを光変調装置4Rに向けて反射する。第2の反射ミラー8b
および第3の反射ミラー8cは、青色光LBの光路中に配置され、第2のダイクロイック
ミラー7bを透過した青色光LBを光変調装置4Bに導く。
The
The
第1のリレーレンズ9aおよび第2のリレーレンズ9bは、青色光LBの光路中の第2
のダイクロイックミラー7bの後段に配置されている。第1のリレーレンズ9aおよび第
2のリレーレンズ9bは、青色光LBの光路長が赤色光LRや緑色光LGの光路長よりも
長くなることによる青色光LBの光損失を補償する。
The
Is arranged in the subsequent stage of the
光変調装置4R、光変調装置4G、および光変調装置4Bの各々は、液晶パネルから構
成されている。光変調装置4R、光変調装置4G、および光変調装置4Bの各々は、赤色
光LR、緑色光LG、および青色光LBの各々を通過させる間に、赤色光LR、緑色光L
G、および青色光LBの各々を画像情報に応じて変調し、各色に対応した画像光を形成す
る。光変調装置4R、光変調装置4G、および光変調装置4Bの各々の光入射側および光
射出側には、偏光板(図示略)がそれぞれ配置されている。
Each of the
Each of the G light and the blue light LB is modulated according to the image information, and the image light corresponding to each color is formed. Polarizing plates (not shown) are respectively arranged on the light incident side and the light emitting side of each of the
光変調装置4R、光変調装置4G、および光変調装置4Bの各々の光入射側には、光変
調装置4R、光変調装置4G、および光変調装置4Bの各々に入射する赤色光LR、緑色
光LG、および青色光LBの各々を平行化するフィールドレンズ10R,フィールドレン
ズ10G,およびフィールドレンズ10Bが設けられている。
On the light incident side of each of the
光合成光学系5は、クロスダイクロイックプリズムから構成されている。光合成光学系
5は、光変調装置4R、光変調装置4G、および光変調装置4Bの各々からの各色の画像
光を合成し、合成された画像光を投射光学系6に向かって射出する。
The light combining
投射光学系6は、投射レンズ群から構成されている。投射光学系6は、光合成光学系5
により合成された画像光をスクリーンSCRに向かって拡大投射する。これにより、スク
リーンSCR上には、拡大されたカラー映像(画像)が表示される。
The projection
The image light combined by is enlarged and projected toward the screen SCR. As a result, an enlarged color image (image) is displayed on the screen SCR.
(光源装置)
次に、第1実施形態における光源装置2Aの構成について説明する。
図2は、第1実施形態における光源装置の概略構成を示す図である。
(Light source device)
Next, the configuration of the
FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of the light source device in the first embodiment.
図2に示すように、光源装置2Aは、励起光源110と、アフォーカル光学系11と、
ホモジナイザー光学系12と、集光光学系20と、波長変換素子30と、ピックアップ光
学系60と、第1レンズアレイ120と、第2レンズアレイ130と、偏光変換素子14
0と、重畳レンズ150とを備える。
As shown in FIG. 2, the
Homogenizer
0 and a superimposing
励起光源110は、レーザー光からなる青色の励起光Bを射出する複数の半導体レーザ
ー110Aから構成されている。励起光Bの発光強度のピークは、例えば445nmであ
る。複数の半導体レーザー110Aは、照明光軸100axと直交する一つの平面内にお
いてアレイ状に配置されている。なお、励起光源110としては、445nm以外の波長
、例えば455nmや460nmの青色光を射出する半導体レーザーを用いることもでき
る。また、励起光源110としては、半導体レーザーダイオードに限らずLED(Light
Emitting Diode)を用いることもできる。
The
Emitting Diode) can also be used.
アフォーカル光学系11は、例えば凸レンズ11aと、凹レンズ11bと、を備えてい
る。アフォーカル光学系11は、励起光源110から射出された複数のレーザー光からな
る光束の径を縮小する。なお、アフォーカル光学系11と励起光源110との間にコリメ
ーター光学系を配置し、アフォーカル光学系11に入射する励起光を平行光束に変換する
ようにしてもよい。
The afocal
ホモジナイザー光学系12は、例えば第1マルチレンズアレイ12aと、第2マルチレ
ンズアレイ12bと、を備えている。ホモジナイザー光学系12は、励起光の光強度分布
を後述する波長変換層上で均一な状態、いわゆるトップハット分布にする。ホモジナイザ
ー光学系12は、第1マルチレンズアレイ12aおよび第2マルチレンズアレイ12bの
複数のレンズから射出された複数の小光束を、集光光学系20とともに、波長変換層上で
互いに重畳させる。これにより、波長変換層上に照射される励起光Bの光強度分布を均一
な状態とする。
The homogenizer
集光光学系20は、例えば第1レンズ20aと、第2レンズ20bと、を備えている。
集光光学系20は、ホモジナイザー光学系12から波長変換素子30までの光路中に配置
され、励起光Bを集光させて波長変換素子30の波長変換層に入射させる。
本実施形態において、第1レンズ20aおよび第2レンズ20bは、それぞれ凸レンズか
ら構成されている。
The condensing
The condensing
In the present embodiment, the
ピックアップ光学系60は、例えば第1コリメートレンズ62と、第2コリメートレン
ズ64と、を備えている。ピックアップ光学系60は、波長変換素子30から射出された
光を略平行化する平行化光学系である。第1コリメートレンズ62および第2コリメート
レンズ64は、それぞれ凸レンズから構成されている。
The pickup
第1レンズアレイ120は、ピックアップ光学系60から射出された光を複数の部分光
束に分割するための複数の第1レンズ122を有する。複数の第1レンズ122は、照明
光軸100axと直交する面内においてマトリクス状に配列されている。
The
第2レンズアレイ130は、第1レンズアレイ120の複数の第1レンズ122に対応
する複数の第2レンズ132を有する。第2レンズアレイ130は、重畳レンズ150と
ともに、第1レンズアレイ120の各第1レンズ122の像を光変調装置4R、光変調装
置4G、および光変調装置4Bの画像形成領域の近傍に結像させる。複数の第2レンズ1
32は、照明光軸100axに直交する面内においてマトリクス状に配列されている。
The
32 are arranged in a matrix in a plane orthogonal to the illumination optical axis 100ax.
偏光変換素子140は、第2レンズアレイ130から射出された光を直線偏光に変換す
る。偏光変換素子140は、例えば、偏光分離膜と位相差板と(ともに図示略)を備えて
いる。
The
重畳レンズ150は、偏光変換素子140から射出された各部分光束を集光して光変調
装置4R,光変調装置4G,および光変調装置4Bの画像形成領域の近傍に重畳させる。
The superimposing
(波長変換素子)
次に、第1実施形態における波長変換素子の構成について説明する。
図3は、第1実施形態における波長変換素子30を、図2の照明光軸100axを含む
平面で切断した断面図である。図4は、第1実施形態における波長変換素子を励起光Bの
入射側から見た平面図である。図5は、図4のA−A線に沿う断面図である。
(Wavelength conversion element)
Next, the configuration of the wavelength conversion element according to the first embodiment will be described.
FIG. 3 is a cross-sectional view of the
図3及び図4に示すように、波長変換素子30は、支持部材31及び透光性部材33を
有する冷却手段13と、反射膜35と、波長変換層32と、ダイクロイック膜34Aと、
反射防止膜34Cと、を備えて構成されている。
As shown in FIGS. 3 and 4, the
And an
支持部材31は、矩形の板材で構成され、板厚方向で互いに対向する第1の面(接合面
)31aと第2の面31bとを有している。ピックアップ光学系60は、支持部材31の
第2の面31b側に設けられている。支持部材31には、第1の面31aと第2の面31
bとの間で厚さ方向を貫通する孔(非接合部)31hが設けられている。第1の面31a
の法線方向から見たとき、孔31hの形状は矩形である。支持部材31は、ガラス、石英
等の透光性を有する材料で構成されていてもよいし、金属等の透光性を有しない材料で構
成されていてもよい。金属材料の場合、アルミニウム、銅等の放熱性に優れた金属が用い
られることが望ましい。
The
A hole (non-bonding portion) 31h penetrating in the thickness direction with respect to b is provided.
The shape of the
反射膜35は、支持部材31と波長変換層32との間に設けられている。すなわち、反
射膜35は、支持部材31の孔31hの内周面31eに設けられている。反射膜35は、
波長変換層32で生成された蛍光光(黄色光Y)を反射させる。反射膜35には、アルミ
ニウム、銀等の光反射率の高い金属材料が用いられることが望ましい。
The
The fluorescent light (yellow light Y) generated by the
波長変換層32は、支持部材31の孔31hの内部に設けられて支持されている。波長
変換層32の光射出面32bの法線方向から見たとき、波長変換層32の形状は矩形であ
る。波長変換層32は、青色の励起光Bを黄色の蛍光光Yに変換して射出する蛍光体粒子
(図示略)を含む。
The
波長変換層32は、励起光源110から射出された励起光Bが入射するとともに励起光
Bの光軸に交差する光入射面32aと、光入射面32aに対向する光射出面32bと、光
入射面32aと光射出面32bとを接続する接続面32cとを有する。光入射面32aは
、支持部材31の第1の面31aよりも透光性部材33側に位置し、光射出面32bは、
支持部材31の第2の面31bよりも孔31h内に位置する。接続面32cは、支持部材
31の孔31hの内周面に設けられた反射膜35に接触して設けられている。なお、光射
出面32bは、支持部材31の第2の面31bと同一平面上に形成されてもよい。波長変
換層32は、光入射面32aと光射出面32bとを別々に有する、透過型の波長変換層で
ある。
The
It is located in the
蛍光体粒子として、例えばYAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネット)系蛍光
体が用いられる。なお、蛍光体粒子の形成材料は、1種であってもよいし、2種以上の材
料を用いて形成された粒子が混合されたものが用いられてもよい。波長変換層32には、
耐熱性および表面加工性に優れたものを用いることが好ましい。このような波長変換層3
2として、アルミナ等の無機バインダー中に蛍光体粒子を分散させた蛍光体層、バインダ
ーを用いずに蛍光体粒子を焼結した蛍光体層などが好適に用いられる。
As the phosphor particles, for example, YAG (yttrium-aluminum-garnet)-based phosphor is used. In addition, the forming material of the phosphor particles may be one kind, or a mixture of particles formed by using two or more kinds of materials may be used. In the
It is preferable to use one having excellent heat resistance and surface workability. Such a
As 2, a phosphor layer in which phosphor particles are dispersed in an inorganic binder such as alumina, a phosphor layer in which phosphor particles are sintered without using a binder, or the like is preferably used.
ダイクロイック膜34Aは、波長変換層32の光入射面32a上に設けられている。ダ
イクロイック膜34Aは、励起光源110から射出された青色の励起光Bを透過し、波長
変換層32で生成された黄色の蛍光光Yを反射する特性を有する。
The
透光性部材33は、波長変換層32の光入射面32aに対向して設けられ、接合部材3
6を介して支持部材31の第1の面31a側に固定されている。本実施形態の透光性部材
33は、熱伝導性の高いサファイアからなり、断面視半球形状を呈する平凸レンズで構成
されている。透光性部材33は、平坦面33fと、凸面(曲面)33dと、を有している
。透光性部材33の平坦面33fは、波長変換層32の光入射面32aとダイクロイック
膜34Aを介して対向している。透光性部材33の凸面33dは、励起光源110からの
励起光Bの進行方向と反対方向に突出する曲面である。
The
It is fixed to the
反射防止膜34Cは、透光性部材33の平坦面33f上に設けられている。反射防止膜
34Cは、励起光Bの反射を抑制する特性を有し、透光性部材33の平坦面33fに成膜
することで励起光の透過効率が向上する。反射防止膜34Cは、平坦面33fの全面に設
けられなくともよい。例えば、反射防止膜34Cは、平坦面33fの光入射面32a(ダ
イクロイック膜34A)に対向する部分に少なくとも設けられていればよい。
The
接合部材36は、透光性部材33の平坦面33f上に設けられた反射防止膜34Cと、
支持部材31の第1の面31aと、の間に配置され、透光性部材33を支持部材31に接
合している。接合部材36としては、透光性、不透光性を問わず、高い熱伝導率を有する
ものが好ましい。例えば、半田、熱伝導シート等が挙げられる。接合部材36は、接合強
度を確保するためにある程度の厚みが必要である。そこで、本実施形態では光軸方向に沿
う厚さが数十μmよりも厚く設定され、後述する空気層37よりも厚いことが好ましい。
The bonding
The
透光性部材33と波長変換層32との間には、空気層37が設けられている。すなわち
、透光性部材33の平坦面33f(平坦面33f上の反射防止膜34C)と波長変換層3
2の光入射面32a(光入射面32a上のダイクロイック膜34A)との間には、空気層
37が設けられている。本実施形態では、空気層37の厚さが接合部材36の厚さよりも
薄くなるように、波長変換層32の光入射面32aが、励起光源110からの励起光の進
行方向と反対方向に突出している。つまり、本実施形態では、波長変換層32の光入射面
32aを支持部材31の第1の面31aよりも透光性部材33側に突出させて配置してあ
る。このため、支持部材31のうち、透光性部材33に接合される第1の面31aと、波
長変換層32の光入射面32aとの間には段部38が形成される。本実施形態において、
光軸方向に沿う空気層37の厚さは、熱伝達の観点から、20μm以下が好ましく、10
μm以下がさらに好ましい。
An
An
From the viewpoint of heat transfer, the thickness of the
More preferably, it is less than or equal to μm.
透光性部材33の平坦面33f(平坦面33f上の反射防止膜34C)または、波長変
換層32の光入射面32a(光入射面32a上のダイクロイック膜34A)には、微細な
凹凸が形成されていてもよい。仮に、平坦面33fまたは光入射面32aに微細な凹凸が
形成されていたとしても、透光性部材33と波長変換層32とを接近させた場合に、平坦
面33fと光入射面32aとが部分的に当接することはあっても、波長変換層32側のダ
イクロイック膜34Aと、透光性部材33側の反射防止膜34Cとが互いに密着して空気
層37が形成されないようなことはなく、波長変換層32の光入射面32a及び透光性部
材33の平坦面33fの間、または、ダイクロイック膜34A及び反射防止膜34Cの間
に空気層37が形成されることになる。
Fine irregularities are formed on the
そのため、図3に示したように、ダイクロイック膜34Aと反射防止膜34Cとが接触
することなく完全に離間した状態で、これらの間に一定の厚さで空気層37が設けられて
いてもよいし、ダイクロイック膜34A及び反射防止膜34C、または、波長変換層32
の光入射面32a及び透光性部材33の平坦面33fが部分的に当接した状態で厚さが一
様でない空気層37が形成されていてもよい。
Therefore, as shown in FIG. 3, the
An
図4に示すように、空気層37が設けられる空間は、接合部材36に設けられた2つの
通気口36t、36tを介して波長変換素子30の外部空間と連通している。波長変換層
32の光入射面32aは、発熱によって約150℃近くにまで上昇する。波長変換層32
の発熱によって空気層37が膨張した場合に、通気口36t、36tを通じて空気が流動
して波長変換素子30の外部空間に放出され、支持部材31と透光性部材33との間で剥
離が生じるのを防ぐことができる。
As shown in FIG. 4, the space in which the
When the
通気口36tは、透光性部材33と支持部材31との間で接合部材36が存在しない領
域からなる。通気口36tは少なくとも1つあればよく、通気口36tの数や位置、大き
さ等は図示した構成に限られず、空気層37の体積などに応じて適宜設定される。
The
空気層37は、透光性であり、界面反射を抑制しつつ、耐熱性を考慮する必要がない。
一方で、透光性部材33は、波長変換層32を支持する支持部材31に対して接合部材3
6を介して良好に接合されている。
The
On the other hand, the
It is well joined via 6.
また、空気層37の厚さは薄ければ薄いほど、熱の伝搬性が高まる。このため、本実施
形態では、接合部材36の厚さよりも空気層37の厚さが薄くなるような構成とした。つ
まり、波長変換層32の光入射面32aを支持部材31の第1の面31aよりも透光性部
材33側へ突出させ、波長変換層32を透光性部材33にできる限り近接させて配置した
。これによって、波長変換層32の熱が支持部材31側だけでなく、空気層37を介して
透光性部材33にも伝わり易くなる。これら支持部材31及び透光性部材33を有する冷
却手段13によって、波長変換層32の放熱性が向上し、波長変換素子30の波長変換効
率が低下することを抑制することができる。
Also, the thinner the
特に、波長変換素子30のように波長変換層32を回転させない場合、すなわち、波長
変換素子30が蛍光体ホイールではない場合、波長変換層32の温度上昇が課題となる。
本実施形態では、波長変換層32の光入射面32a側に透光性部材33を配置するととも
に、透光性部材33と波長変換層32との間に空気層37を設けたので、波長変換層32
の熱が支持部材31側だけでなく、空気層37を介して透光性部材33にも伝わり易くな
る。これら支持部材31及び透光性部材33を有する冷却手段13によって、波長変換層
32の放熱性が向上し、波長変換素子30の波長変換効率が低下することを抑制すること
ができる。
Particularly, when the
In the present embodiment, since the
The heat is easily transmitted not only to the
さらに、透光性部材33は、熱伝導率の高いサファイアから形成されていることから、
波長変換層32において生じた熱を透光性部材33において効果的に放熱させることがで
きる。
Furthermore, since the
The heat generated in the
また、本実施形態では、波長変換層32と透光性部材33とを接合している接合部材3
6に設けられた通気口36tを介して、空気層37と波長変換素子30の外部空間とが連
通されており、空気が流動する構成となっている。これにより、波長変換層32の発熱に
よって膨張した空気(空気層37)を、通気口36tを通じて外部に流出させることがで
きる。これにより、空気層37の膨張に起因する波長変換素子30の損傷を抑えることが
できる。
In addition, in the present embodiment, the
The
以上述べたように、本実施形態の構成によれば、放熱性の高い波長変換素子30を備え
ているので、波長変換効率の高い光源装置2Aが実現され、信頼性の高いプロジェクター
1が得られる。
As described above, according to the configuration of the present embodiment, since the
[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態の光源装置について説明する。
以下に示す本実施形態の光源装置は、青色分離型の光源装置2Bを備えた点において上
記第1実施形態の構成と異なる。よって、以下の説明では、光源装置2Bの構成について
詳しく説明し、共通な箇所の説明は省略する。また、説明に用いる各図面において、図1
〜図5と共通の構成要素には同一の符号を付すものとする。
[Second Embodiment]
Next, a light source device according to the second embodiment of the present invention will be described.
The light source device of the present embodiment described below differs from the configuration of the first embodiment in that it includes a blue separation type
The same components as those in FIG. 5 are designated by the same reference numerals.
図6は、第2実施形態における光源装置の構成を示す図である。
光源装置2Bは、図6に示すように、励起光源110と、コリメート光学系42と、位
相差板43と、偏光分離素子44と、第1ホモジナイザー光学系45と、第1の集光光学
系46と、波長変換素子70と、第1ピックアップレンズ48と、ダイクロイックミラー
49と、全反射ミラー50と、第2位相差板51と、第2ホモジナイザー光学系52と、
第2の集光光学系53と、反射型回転拡散素子54と、第2ピックアップレンズ55と、
を概略備えている。
FIG. 6 is a diagram showing the configuration of the light source device according to the second embodiment.
As shown in FIG. 6, the
A second condensing
Is equipped with.
光源装置2Bのうち、励起光源110、コリメート光学系42、位相差板43、偏光分
離素子44、第1ホモジナイザー光学系45、第1の集光光学系46、波長変換素子70
、第1ピックアップレンズ48及びダイクロイックミラー49は、光軸100ax上に順
次並んで配置されている。
Of the
The
位相差板43は、回転機構を有した1/2波長板で構成されている。位相差板43は、
コリメート光学系42で集光した励起光Bのうち、P偏光およびS偏光を任意の割合に変
換する。なお、位相差板43は、1/4波長板でもよく、回転や移動によって偏光状態(
P偏光およびS偏光の割合)を変化させることができれば特に限定されるものではない。
The
Of the excitation light B condensed by the collimating
There is no particular limitation as long as the ratio of P-polarized light and S-polarized light can be changed.
偏光分離素子44は、いわゆるプレート型の偏光ビームスプリッター(PBS)であり
、光軸100axに対して45°の角度をなす傾斜面を有している。偏光分離素子44は
、入射光のうちのP偏光成分を通過させ、S偏光成分を反射させる。P偏光成分は、偏光
分離素子44を透過して第1ホモジナイザー光学系45へ向かって進む。S偏光成分は、
偏光分離素子44で反射して、全反射ミラー50に向かって進む。
The
The light is reflected by the
第1ホモジナイザー光学系45は、例えば、例えば第1マルチレンズアレイ45aと、
第2マルチレンズアレイ45bと、を備えている。第1ホモジナイザー光学系45は、励
起光の光強度分布を後述する波長変換層上で均一な状態、いわゆるトップハット分布にす
る。第1ホモジナイザー光学系45は、第1マルチレンズアレイ45aの複数のレンズか
ら射出された複数の小光束を、第1の集光光学系46とともに、波長変換層上で互いに重
畳させる。これにより、波長変換層上に照射される励起光Bの光強度分布を均一な状態と
する。
The first homogenizer
And a second
第1の集光光学系46は、第1ホモジナイザー光学系45から波長変換素子70までの
光路中に配置され、励起光Bを集光させて波長変換素子70の波長変換層に入射させる。
本実施形態において、第1の集光光学系46は凸レンズから構成されている。
The first condensing
In this embodiment, the first condensing
第1ピックアップレンズ48は、例えば、凸レンズからなり、波長変換素子70から射
出された黄色光Yを略平行化する。
The
ダイクロイックミラー49は、波長変換素子70から射出された黄色光Yを通過させる
とともに、黄色光Yに対して直交する方向から入射してくる青色光Bを、黄色光Yと同じ
光軸方向へ反射させるミラーである。
The
全反射ミラー50は、青色光Bの光路中に配置されて、偏光分離素子44において分離
された青色光を第2位相差板51に向けて全反射する。
The
第2位相差板51は、1/4波長板(λ/4板)である。第2位相差板51は、偏光分
離素子44から射出されたS偏光の青色光を円偏光に変換する。
The
第2ホモジナイザー光学系52は、例えば、例えば第1マルチレンズアレイ52aと、
第2マルチレンズアレイ52bと、を備えている。第2ホモジナイザー光学系52は、第
1マルチレンズアレイ52aの複数のレンズから射出された複数の小光束を、第2の集光
光学系53とともに、反射型回転拡散素子54上で互いに重畳させる。これにより、反射
型回転拡散素子54上に照射される青色光Bの光強度分布を均一な状態とする。
The second homogenizer
And a second
第2の集光光学系53は、第2ホモジナイザー光学系52から反射型回転拡散素子54
までの光路中に配置され、円偏光に変換された青色光Bを集光させて、反射型回転拡散素
子54に入射させる。本実施形態において、第2の集光光学系53は凸レンズから構成さ
れている。
The second condensing
The blue light B, which is arranged in the optical path up to and is converted into circularly polarized light, is condensed and made incident on the reflection type
反射型回転拡散素子54は、第2の集光光学系53から射出された光線を、第2ピック
アップレンズ55に向けて拡散反射させるものである。その中でも、反射型回転拡散素子
54としては、反射型回転拡散素子54に入射した光線をランバート反射またはランバー
ト反射に近い特性で拡散反射させるものを用いることが好ましい。
The reflective
第2ピックアップレンズ55は、例えば、凸レンズからなり、反射型回転拡散素子54
から射出された青色光Bを略平行化する。平行化された青色光Bは、ダイクロイックミラ
ー49へと進み、ダイクロイックミラー49において、青色光Bに対して直交する方向へ
進行する黄色光Yと同じ方向へ反射される。
The
The blue light B emitted from is made substantially parallel. The collimated blue light B travels to the
このように、反射型回転拡散素子54から射出された光線(青色光B)は、ダイクロイ
ックミラー49を透過した蛍光光(黄色光Y)と合成されて、白色の照明光WLが得られ
る。白色の照明光WLは、図1に示した色分離光学系3に入射する。
In this way, the light beam (blue light B) emitted from the reflective
(波長変換素子)
次に、第2実施形態における波長変換素子の構成について説明する。
図7は、第2実施形態における波長変換素子を、図6の照明光軸100axを含む平面
で切断した断面図である。
図7に示すように、波長変換素子70は、孔71h(非接合部)を有する支持部材71
及び透光性部材33を有する冷却手段73と、反射膜35と、波長変換層72と、ダイク
ロイック膜34Aと、ダイクロイック膜34Bと、反射防止膜34Cと、を備え、波長変
換層72と透光性部材33との間に空気層37を有している。
(Wavelength conversion element)
Next, the configuration of the wavelength conversion element according to the second embodiment will be described.
FIG. 7 is a sectional view of the wavelength conversion element according to the second embodiment taken along a plane including the illumination optical axis 100ax of FIG.
As shown in FIG. 7, the
And the cooling means 73 having the
本実施形態の波長変換層72は、励起光源110より放射された青色の励起光Bにより
励起されて黄色の蛍光光Yを放射する。波長変換層72の厚さは、入射した励起光Bの全
てを黄色光Yに変換することのできる厚さに設定する。
The
波長変換層72の光入射面72aには、青色光Bを透過させるとともに黄色光Yを反射
させるダイクロイック膜34Aが設けられている。波長変換層72の光射出面72bには
、青色光を反射させるとともに黄色光を透過させるダイクロイック膜34Bが設けられて
いる。
The
本実施形態においても、波長変換層72を、その光入射面72aが支持部材71の第1
の面71aよりも透光性部材33側に突出するように配置しており、空気層37の厚さが
、透光性部材33と支持部材71とを接合させている接合部材36の厚さよりも薄い構成
となっている。
Also in the present embodiment, the
Of the
以上述べたように、本実施形態の構成においても、界面反射を抑制しつつ、高い放熱性
を有するとともに波長変換効率の低下を抑制した波長変換素子70を得ることができ、少
ない投入電力でより投射面の明るいプロジェクター1を提供することができる。
As described above, also in the configuration of the present embodiment, it is possible to obtain the
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発
明は係る例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の
範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらに
ついても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
The preferred embodiment of the present invention has been described above with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to the example. It is obvious to those skilled in the art that various changes or modifications can be conceived within the scope of the technical idea described in the claims, and of course, the technical scope of the present invention is also applicable to them. Understood to belong to.
1…プロジェクター、2A,2B…光源装置、4B,4G,4R…光変調装置、6…投
射光学系、13,73…冷却手段、30,70…波長変換素子、31,71…支持部材、
31a…第1の面(接合面)、31h,71h…孔(非接合部)、32,72…波長変換
層、32a,72a…光入射面、32b,72b…光射出面、32c…接続面、33…透
光性部材、33d…凸面(曲面)、36…接合部材、37…空気層、38…段部、110
…励起光源、B…励起光
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Projector, 2A, 2B... Light source device, 4B, 4G, 4R... Light modulation device, 6... Projection optical system, 13, 73... Cooling means, 30, 70... Wavelength conversion element, 31, 71... Support member,
31a... 1st surface (bonding surface), 31h, 71h... Hole (non-bonding part), 32, 72... Wavelength conversion layer, 32a, 72a... Light incident surface, 32b, 72b... Light emitting surface, 32c... Connection surface , 33... Translucent member, 33d... Convex surface (curved surface), 36... Joining member, 37... Air layer, 38... Step portion, 110
…Excitation light source, B…Excitation light
Claims (7)
部と前記光射出面の端部とを接続する接続面と、を有する波長変換層と、
前記波長変換層を支持するとともに前記接続面に接触して設けられる支持部材と、前記
励起光の進行方向と反対方向に突出する曲面を有し、前記波長変換層の前記光入射面に対
向して設けられ、前記支持部材に接合部材を介して接合される透光性部材と、を有する冷
却手段と、を備え、
前記波長変換層の前記光入射面と前記透光性部材との間には空気層が設けられ、
前記空気層は前記接合部材の厚さよりも薄い、波長変換素子。 A wavelength conversion layer having a light incident surface on which excitation light is incident, a light emitting surface facing the light incident surface, and a connection surface connecting an end of the light incident surface and an end of the light emitting surface. When,
A supporting member that supports the wavelength conversion layer and is provided in contact with the connection surface, and a curved surface that protrudes in a direction opposite to the traveling direction of the excitation light, and faces the light incident surface of the wavelength conversion layer. And a cooling member having a light-transmitting member that is joined to the supporting member via a joining member,
An air layer is provided between the light incident surface of the wavelength conversion layer and the translucent member,
The wavelength conversion element, wherein the air layer is thinner than the thickness of the joining member.
接合部を有し、前記非接合部に前記波長変換層が配置されている、
請求項1に記載の波長変換素子。 The supporting member has a non-bonding portion that is opposed to the translucent member and is not bonded to the translucent member, and the wavelength conversion layer is disposed in the non-bonding portion.
The wavelength conversion element according to claim 1.
前記波長変換層の前記光入射面が、前記接合面よりも前記励起光の進行方向と反対方向
に突出することにより、前記接合面と前記光入射面との間に段部が形成されている、
請求項1または2に記載の波長変換素子。 The support member has a joint surface joined to the translucent member,
The light incident surface of the wavelength conversion layer projects in a direction opposite to the traveling direction of the excitation light with respect to the joining surface, thereby forming a stepped portion between the joining surface and the light incident surface. ,
The wavelength conversion element according to claim 1 or 2.
請求項1から3のいずれか一項に記載の波長変換素子。 While the translucent member includes sapphire, the curved surface has a hemispherical shape,
The wavelength conversion element according to any one of claims 1 to 3.
請求項1から4のいずれか一項に記載の波長変換素子。 The joint member is provided with a vent for communicating the air layer and the external space.
The wavelength conversion element according to any one of claims 1 to 4.
前記励起光が入射される請求項1から5のいずれか一項に記載の波長変換素子と、を備
える光源装置。 An excitation light source that emits the excitation light,
The wavelength conversion element according to claim 1, wherein the excitation light is incident on the light source device.
前記光源装置から射出された光を画像情報に応じて変調して画像光を生成する光変調装
置と、
前記画像光を投射する投射光学系と、を備えるプロジェクター。 A light source device according to claim 6;
An optical modulator for generating image light by modulating the light emitted from the light source device according to image information;
A projection optical system that projects the image light.
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